混凝-氣浮法處理煤化工廢水的試驗研究

羅 文

(太原市環境科學研究院，山西 太原 030002)

我國能源結構為富煤、貧油、少氣，新型煤化工技術綜合應用先進的技術，以創造清潔能源和生產以煤炭為原料的產品為目標，低成本的巨大優勢使其正逐漸取代傳統的石油、天然氣產品，在當今能源市場上更具競爭力[1]。但是，我國煤炭資源和水資源的分布呈逆向關系，新型煤化工也面臨用水量大、污水排放量大的嚴峻問題，可以說，新型煤化工可能會造成水資源匱乏及嚴重的環境污染。而且，煤化工廢水具有色度大、COD值高、成分復雜、有毒有害等特點[2]。因此，對于煤化工廢水處理進行試驗研究，進而通過經濟有效的處理工藝降低其廢水排放量的意義重大。

1 廢水來源及水質

試驗原水取自某鋼鐵公司調節池出水，其水質狀況如表1所示。

表1 試驗用煤化工廢水水質

2 試驗試劑及儀器

2.1 試驗試劑

聚合氯化鋁(PAC)，廣州市寶萬化工有限公司；聚合硫酸鐵(PFS)，廣州和興化工有限公司；陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，廣州中貝環保科技有限公司；陰離子聚丙烯酰胺(APAM)，鄭州普爾化工產品有限公司；聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)，杭州海瑞化工有限公司；試亞鐵靈指示劑，天津市大陸化學試劑廠；四氯化碳、氯化鈉、重鉻酸鉀、濃硫酸、硫酸銀、溴化鉀、碘酸鉀、硫酸汞，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

2.2 試驗儀器

pHS-3C數字式pH計，金壇市精達儀器制造有限公司；FA1204B精密電子天平，上海精科天美科學儀器；HJ-6型六聯攪拌機，鞏義市予華儀器有限公司；MAI-50G 紅外測油儀，吉大小天鵝儀器有限公司；F202電熱恒溫干燥箱，濟南百戈實驗儀器有限公司。

3 工藝流程及分析項目

本試驗采用25 L的水桶充當隔油池，首先，煤化工含油廢水在桶中靜置4 h，取水樣測定含油量；其次，利用虹吸作用將污水進行投加藥之后吸入到絮凝池中；第三，開啟攪拌機攪拌0.5 h，并通過進水泵、調節閥及釋放器作用，使壓縮空氣與回流水形成的溶氣水進入到氣浮池；最后，除渣，并運行一段時間后取適量待測水樣[3]。隔油-混凝-氣浮工藝流程如圖1所示。

圖1 隔油-混凝-氣浮工藝流程簡示圖

本試驗主要分析項目有COD、總酚、pH值及含油量，其中，COD的測定采用紅外分光光度法，總酚的測定采用溴化滴定法，pH值采用pH計測定，含油量采用重鉻酸鉀法測定。

4 混凝沉淀法處理煤化工廢水

4.1 混凝沉淀燒杯試驗

混凝沉淀燒杯試驗主要考察的是藥劑種類、投加量等對除油脫酚效果的影響。具體試驗條件及步驟為：首先，加無機絮凝劑，快速(450 r/min)攪拌1 min；其次，加有機高分子絮凝劑，慢速(100 r/min)攪拌5 min；第三，靜置30 min；最后；取距液面2 cm處清液，測定分析項目。

4.2 混凝沉淀法處理煤化工廢水試驗結果及討論

4.2.1 無機絮凝劑影響

本試驗無機絮凝劑包括聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、硫酸鋁和破乳劑F-01。不同無機絮凝劑種類和投加量處理煤化工廢水試驗結果顯示：1) 在一定投加量范圍內，廢水污染物去除率隨投加量增加而顯著增強，之后，隨著無機絮凝劑投加量的繼續增加，廢水污染物去除率反而出現下降的趨勢。此現象出現的原因可能是，絮凝劑的過量投加導致陽離子大量引入，出現抑制和阻礙作用，從而使體系脫穩，去除率下降。2) 4種無機絮凝劑中，聚合氯化鋁(PAC)對煤化工廢水的除油、脫酚效果最好，硫酸鋁[Al2(SO4)3]最差，聚合氯化鋁(PAC)的最佳投加量為200 mg/L，去除率在40%左右。因此，本試驗選用PAC。

4.2.2 陽離子度影響

陽離子度的高低會影響絮凝效果，進而影響廢水污染物去除率。本試驗結果顯示：1) 在一定陽離子度范圍內，廢水污染物去除率隨陽離子度增加而迅速增強，之后，隨著陽離子度的繼續增加，廢水污染物去除率在保持一定水平后出現顯著下降趨勢。原因可能是，陽離子大量引入會導致聚合反應不完全，聚合產物特性黏度低，且會抑制電中和作用，進而影響煤化工廢水污染物去除率。2) 陽離子度在15%～45%時，去除效果較好，且當陽離子度為15.8%時，去除效果達到最佳，可達60%左右。因此，本試驗選擇陽離子度為15.8%。

4.2.3 特性黏度影響

特性黏度會影響絮凝劑的吸附架橋性能，進而影響絮凝性能。試驗結果顯示：1) 實驗初期，污染物的去除率均隨特性黏度的增大而增大，到一定范圍后趨于穩定。這是因為，隨著特性黏度增大，架橋作用越強，越容易形成絮體，絮凝效果越好。2) 特性黏度在400 mL/g～550 mL/g時，絮凝劑效果較好，且為443 mL/g時，去除率達到最大，為60%左右。因此，本試驗選擇特性黏度為450 mL/g。

4.2.4 pH值影響

為了考察pH值對混凝沉淀除油脫酚的效果影響，調節pH值為2～12，并進行試驗。試驗結果顯示：1) 隨著pH值的增加，污染物去除率表現出先增加后減小的趨勢，而且低pH值對去除率的影響要大于高pH值。原因可能是，在弱堿環境中，能保持混凝劑的水解反應充分進行，混凝效果較好，而較低的溶液pH值不利于陽離子水解，進而不能有效吸附水中污染物。2) 在pH值為8左右時，去除效果最佳，可達60%左右。由于試驗原水pH值為7.5～8.5，出于經濟性考慮，不對原水pH值進行調整。

4.3 混凝-氣浮法處理煤化工廢水試驗結果及討論

混凝沉淀法處理煤化工廢水污染物最高去除率仍不到70%，而混凝-氣浮處理煤化工廢水可以進一步提高廢水污染物的去除率，因此，混凝后需進行后續的氣浮處理。本試驗主要考察四大因素對氣浮除油效果的影響。具體氣浮時間、投藥量、溶氣壓力、原水初始含油濃度變化4種因素參數值如表2所示，試驗結果如圖2所示。

表2 4種影響因素梯度變化

圖2 氣浮時間、投藥量、溶氣壓力、原水初始含油濃度變化對氣浮除油的影響

4.3.1 氣浮時間影響

由圖2試驗結果可知，氣浮時間在0 min～10 min時，隨著氣浮時間的增加，煤化工廢水的除油率迅速增加，當氣浮時間為9 min時，除油率基本達到最大，為92.5%，而后隨著氣浮時間的不斷增加，除油率不但沒有增大，反而有小幅度減小?？赡苁且驗?，氣浮時間過長，會導致形成的絮粒越來越大而下沉，因此，確定最佳氣浮時間為9 min。

4.3.2 投藥量影響

由圖2試驗結果可知，與氣浮時間影響類似，當投藥量在0 mg/L～8 mg/L時，隨著投藥量的增加，煤化工廢水的除油率隨之增加，當投藥量為8 mg/L時，除油率達到最大，為93%，而后隨著投藥量的不斷增加，除油率反而有小幅度減小，可能是大的投藥量影響了氣浮反應所致，因此，確定P(AM-DMD-MMA)最佳投藥量為8 mg/L。

4.3.3 溶氣壓力影響

由圖2可知，溶氣壓力在0 MPa～0.4 MPa時，隨著溶氣壓力的增大，氣浮的除油率也在不斷增大，可能是由于溶氣壓力越大，溶解的氣體量越大，氣浮效率也就越高。但當溶氣壓力在0.4 MPa～0.5 MPa時，氣浮的除油率趨于穩定，不再增大，為93%左右。隨后，隨著溶氣壓力的繼續增大，除油率不但沒有增大，反而有小幅度減小，這可能是因為壓力超過0.5 MPa后，壓力的增大并不能使氣泡粒徑繼續減小，還會出現氣泡數量過多而使氣浮效果變差。因此，最好將溶氣壓力控制在0.4 MPa～0.6 MPa。

4.3.4 原水初始含油濃度的影響

由圖2可知，與其他影響因素不同，煤化工廢水除油率隨著原水初始含油質量濃度的增大而增加，只是原水初始含油質量濃度在100 mg/L～400 mg/L時除油率增加更快，超過400 mg/L時，隨著濃度的繼續增加，除油率升高較慢。本試驗廢水含油量為150 mg/L～200 mg/L，除油率為75%～80%。

5 結論

綜上所述，對于煤化工含油廢水，混凝-氣浮處理比單純混凝沉淀處理效果更好，混凝-氣浮處理的最佳參數選擇為：氣浮時間為9 min，P(AM-DMD-MMA)投藥量為8 mg/L，溶氣壓力控制在0.4 MPa～0.6 MPa，利用混凝-氣浮處理煤化工廢水實際原水，除油率為75%～80%，比單純混凝沉淀處理的55%～60%要高出20%，因此值得在煤化工工業推廣應用。